無人機在公安院校交通管理工程專業(yè)教學中的應用探索

方斌 王巖 馮曉鋒

摘 ? 要：無人機作為一種前沿技術裝備，已成為執(zhí)法管理的重要技術手段之一。在交通管理專業(yè)的課程教學中積極探索利用無人機開展相關教學活動，既是一種教學手段的改革突破，也具有很強的面向?qū)崙?zhàn)的現(xiàn)實意義。首先，文章介紹了無人機實戰(zhàn)應用的發(fā)展過程以及在交通管理領域的任務場景，梳理了公安院校在無人機應用及人才培養(yǎng)方面的情況;其次，結(jié)合交通管理工程專業(yè)典型主干課程的教學實踐，介紹了無人機在道路環(huán)境構(gòu)建以及與虛擬仿真結(jié)合等方面的應用方式;最后，分析了當前無人機應用中面臨的挑戰(zhàn)，給出了無人機應用的建議，力爭更好地助力教學手段的創(chuàng)新，提升教學水平。

關鍵詞：無人機;實戰(zhàn)應用;教學探索;應用挑戰(zhàn)

中圖分類號：G642.3 文獻標志碼：A 文章編號：1673-8454（2020）05-0033-04

近年來，無人機技術發(fā)展迅猛，不論是在傳統(tǒng)軍事領域還是在新興民用市場方面都得到大量應用，無人機作為一種前沿技術裝備，已成為執(zhí)法管理的重要技術手段之一。[1]特別是在交通管理領域，無人機憑借其高度機動、布點靈活的優(yōu)勢，在事故處理、秩序管理、交通疏導、流量檢測等方面發(fā)揮著越來越重要的作用。[2]因此，在交通管理專業(yè)的課程教學中，積極嘗試探索利用無人機開展相關教學活動，不僅可以豐富教學手段，也會激發(fā)學生的學習興趣，為日后在公安實戰(zhàn)崗位開展無人機應用打下堅實基礎。

一、無人機在交通管理實戰(zhàn)中的應用

1.發(fā)展歷程

無人機在警務實戰(zhàn)中的應用過程可以劃分為三個階段，即2008-2012年的探索嘗試期、2012-2017年的蓬勃發(fā)展期以及2017年至今的規(guī)范使用期。在此過程中，隨著攜帶載荷能力的增強，無人機也逐漸開始執(zhí)行越來越多、越來越復雜的任務種類。

（1）探索期

無人機在警務實戰(zhàn)中的應用最早可以追溯到2008年。為保證當年北京奧運會的順利召開，北京和青島警方率先購置了數(shù)套無人機系統(tǒng)用于大型賽事安保維穩(wěn)工作，開始了無人機應用的探索嘗試。

（2）蓬勃發(fā)展期

此后，隨著科技進步，無人機的飛行穩(wěn)定性、便攜性以及任務執(zhí)行能力得到了迅速提高，特別是2012年起大疆無人機首款無人機“精靈1”的推出，使無人機的使用成本大幅降低，無人機在警務實戰(zhàn)中的應用進程也大大加快。2017年5月，公安部警用航空管理辦公室在江蘇南京主辦首屆“全國警用無人駕駛航空器戰(zhàn)法演練”活動，按照固定翼無人駕駛航空器、多旋翼無人駕駛航空器、無人直升機三類，設置大范圍快速偵查、應急救援、疑似爆炸物轉(zhuǎn)移等6個規(guī)定科目和1個自選科目，來自全國26個省、自治區(qū)、直轄市、鐵路公安和公安院校的139支隊伍參加比賽。此后，多個省份又陸續(xù)組織了無人機實戰(zhàn)大比武，無人機的警務實戰(zhàn)應用進入了蓬勃發(fā)展期。

（3）規(guī)范使用期

2017年11月，公安部發(fā)布了《警用無人駕駛航空器系統(tǒng)標準》，制定了無人直升機、多旋翼無人駕駛航空器、固定翼無人駕駛航空器三項詳細評級標準。規(guī)定了警用無人駕駛航空器系統(tǒng)安全作業(yè)的要求、作業(yè)流程、主要工作內(nèi)容和方法、安全保障措施等，規(guī)范了警用無人駕駛航空器系統(tǒng)的技術、產(chǎn)品性能等硬性要求，完善了警用無人駕駛航空器系統(tǒng)的使用、管理等行為準則。

2.應用領域

交警部門在無人機的實戰(zhàn)應用方面起步早、探索多、成效也較為突出。2016年4月，南京交警首次啟用無人機巡查路況;2016年7月，深圳交警成立無人機中隊，提出打造三維立體警務網(wǎng)。2017年1月，杭州交警使用無人機查處違反交通行為。此后，天津、昆明、長沙、廣州等多個城市的交警部門，啟用無人機在交通管理領域的應用，主要任務場景包括：

（1）城市快速路與高速公路交通管理

在城市快速路和高速公路上存在著視頻監(jiān)控盲區(qū)，采用制式警車巡邏的方式進行管控，經(jīng)濟成本高且具有一定的危險性，而利用無人機可以定點、定時對特定路段進行巡邏，若發(fā)現(xiàn)交通事故，還可以由巡航模式切換至低空懸停模式，精確獲取現(xiàn)場情況。

（2）交通秩序管理

當無人機在高空飛行時，可具備很廣闊的視角和監(jiān)控范圍。對于實線變道、不系安全帶、接聽電話等違章行為可以有效監(jiān)控;可以迅速發(fā)現(xiàn)局部路段或路口存在的交通擁堵，并進行及時處理。

（3）交通組織規(guī)劃

在開展單行線設置、公交專用車道的施劃以及交叉口改造等交通組織規(guī)劃工作中，可以采用無人機航拍獲取路口、路段以及重點區(qū)域的交通流、排隊長度以及交通設施運行情況等信息。進而支撐開展相關交通組織規(guī)劃工作。

（4）交通事故處理

無人機在臨近事故現(xiàn)場的合適位置升空，迅速到達事故現(xiàn)場上空，實時傳回現(xiàn)場實景圖像，為指揮和救援提供準確依據(jù)。此外，無人機可以全方位記錄現(xiàn)場狀況，包括車輛定位信息、人員和散落物分布信息、周圍固定參考物信息等，為交通事故的定性、定責提供精確依據(jù)，從而做到快速清理現(xiàn)場，把交通擁堵減小到最小程度，防止或降低次生事故的發(fā)生。

3.公安院校情況

目前，公安院校對無人機的實戰(zhàn)應用十分重視，對無人機專業(yè)人才的培養(yǎng)也逐漸啟動。

（1）無人機應用情況

2017年11月17日，全國警校警用無人機培訓與應用聯(lián)盟（下稱“聯(lián)盟”）于中國人民公安大學成立。[3]公安大學、河北公安警察職業(yè)學院、黑龍江大慶人民警察學校、南京森林警察學院、浙江警察學院、安徽公安職業(yè)學院、山東省淄博人民警察訓練基地、廣東司法警官職業(yè)學院、云南警官學院、青海警官職業(yè)學院等13家單位代表簽署《警用無人機培訓與應用聯(lián)盟成立倡議書》?！奥?lián)盟”主要開展警用無人駕駛航空器的基礎理論研究、人才培養(yǎng)的戰(zhàn)略研究、駕駛技能與戰(zhàn)術技能訓練;服務實戰(zhàn)、服務一線，探索職前學歷教育，職后技能培訓，人員資格認證規(guī)范化、標準化、一體化的人才戰(zhàn)略發(fā)展體系，助力警用無人駕駛航空器實戰(zhàn)化、專業(yè)化、職業(yè)化。

（2）人才培養(yǎng)情況

在公安院校中，鐵道警察學院最早開展無人機相關專業(yè)人才的培養(yǎng)。在2017年進行了偵查學專業(yè)（警用無人航空駕駛器偵查方向）的專家論證，并于2018年開展警用招生，進行專業(yè)化的警用無人機人才培養(yǎng)。云南警察學院于2018年向云南省教委申請增設“無人機駕駛航空器系統(tǒng)工程”專業(yè)。2019年，云南警官學院申報的“無人機駕駛航空器系統(tǒng)工程”專業(yè)（專業(yè)代碼082009T），成功獲教育部批準。[4]2019年8月，江蘇警官學院首次在警務指揮與戰(zhàn)術專業(yè)開設警用無人航空器實訓課程，加大無人機應用人才培養(yǎng)力度。四川警察學院、南京森林警察學院則自2017年起，先后承擔了多期相關省份的警用無人機駕駛員的培訓工作。

二、無人機在專業(yè)建設中的應用探索

1.教學應用

在交通管理工程專業(yè)教學過程中，無人機可以應用于交通組織設計、道路交通事故處理多門專業(yè)課程。主要完成交通設施設置情況勘察、交通事故現(xiàn)場取證，進而輔助相關課程的內(nèi)容講授。

（1）典型案例

交通組織設計是交通管理工程專業(yè)的一門主干課，主要培養(yǎng)學生能夠利用系統(tǒng)工程的理論方法和交通工程的技術手段，對相關交通設施的交通流向、功能布局、管理控制等內(nèi)容進行優(yōu)化設計，實現(xiàn)人、車、設施的充分融合，在保證交通安全的前提下，最大限度地發(fā)揮各類交通設施的承載能力和服務水平。[5]

在本門課程講授中，重點講解單向交通、潮汐車道以及可變車道等典型交通組織設計方式。在以往傳統(tǒng)的教學過程中，通常是通過百度地圖、路口圖片以及相關文檔等資料向?qū)W生介紹相關道路的基本情況。受限于圖片的視角等因素，往往對路口基本情況的分析都局限于某些點、面，無法從宏觀視角更全面地把握路口信息和交通組織設計的方法。2019年，在課程教學過程中利用無人機進行路口航拍，從更高、更寬闊的視角獲取路口的全貌信息，繼而生成路口720°全景圖，航拍效果如圖1所示，實現(xiàn)對道路真實場景的深度體驗，大大激發(fā)了學生的學習積極性。

（2）應用效果

目前，利用無人機已完成對長沙10多條典型道路的航拍和全景圖構(gòu)建，涵蓋了單向交通、可變車道、讓行規(guī)則以及路內(nèi)停車組織等交通組織設計中的核心內(nèi)容。目前，湖南警院交管系《交通組織設計》課程已逐步采用無人機道路航拍作為一種有效的信息化教學手段，提出的“場景深度體驗式”教學方法獲得2019年校級信息化教學成果一等獎。

2.與虛擬仿真系統(tǒng)的結(jié)合

虛擬仿真系統(tǒng)以仿真的方式給用戶創(chuàng)造一個實時反映實體對象變化與相互作用的三維虛擬世界，效果如圖2所示，并通過頭盔顯示器、數(shù)據(jù)手套等輔助傳感設備，給用戶提供一個觀測與該虛擬世界交互的三維界面，使用戶可直接參與并探索仿真對象在所處環(huán)境中的作用與變化，產(chǎn)生沉浸感。[6]在教學過程中，利用無人機航拍圖片生成實景三維模型，與虛擬仿真系統(tǒng)融合，構(gòu)建基于真實場景的沉浸式仿真環(huán)境，形成“虛實結(jié)合”的仿真實驗平臺，最大程度地形成合力。[7]

三、面臨的挑戰(zhàn)

目前，各個公安院校在無人機硬件建設方面都加大投入，多個公安院校已建（擬建）涵蓋多種類型規(guī)格的無人機實驗室（實驗中學）等。當下，利用無人機開展教研活動面臨的挑戰(zhàn)主要來自專業(yè)師資人才的缺乏以及無人機使用監(jiān)管更加嚴格兩個方面。

1.專業(yè)師資人才的缺乏

與無人機硬件條件建設不斷改善形成巨大反差的是專業(yè)師資人才的極度缺乏。截至2018年5月，全國有23個?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）公安機關建立了38支警務航空隊，配備各型無人機5000余架（套）。而截至2017年9月，整個公安機關警用無人駕駛航空器的駕駛員僅有2000余人，且大部分集中在實戰(zhàn)部門，公安院校的人才占比更低。

除了少數(shù)公安院校外，大多數(shù)公安院校還沒有建立起一支較為專業(yè)的無人機應用團隊，沒有系統(tǒng)性地將無人機融入到教學的整個過程中，對學科建設、教學改革等方面的支撐作用還不夠顯著?？梢?，為推動無人機在教研中的應用，需要加大、加快專業(yè)師資人才的培養(yǎng)力度。目前，教學方面做得比較突出的一點是指導學生完成無人機相關的學科競賽活動。其中，中國人民公安大學的“基于微型無人機的道路交通監(jiān)測與應用綜合系統(tǒng)”、河南警察學院的“基于無人機的信息采集對交通事故處理與預防的研究”分別獲得第12屆公安院?？萍紕?chuàng)新大賽的金獎和銀獎。

2.無人機使用監(jiān)管更加嚴格

伴隨著無人機應用高速發(fā)展而來的還有無人機的“黑飛”現(xiàn)象，2017年，杭州蕭山機場、成都雙流機場以及長沙黃花機場都先后遭遇無人機“黑飛”，對民航航班的正常飛行造成了重大安全隱患。[8-10]為此，公安部、民航總局出臺了一系列無人機飛行管理規(guī)定。2017年5月，民航總局發(fā)布《民用無人駕駛航空器實名制登記管理規(guī)定》，要求民用無人機的擁有者必須進行實名登記。同年，公安部發(fā)布《警用無人駕駛航空器系統(tǒng)》，并正式納入到“中華人民共和國公共安全行業(yè)標準”中，填補了警用無人駕駛航空器系統(tǒng)相關法律法規(guī)的空白。

自此，無人機的使用更加規(guī)范，監(jiān)管也更加嚴格。作為公安院校的教員，在利用無人機開展教研活動時，要按照流程進行飛行空域申請，安排有飛行資格認證的人員執(zhí)行飛行任務，同時做好任務計劃，保證安全圓滿地完成任務。

四、結(jié)束語

受到專業(yè)人才和監(jiān)管制度的影響，雖然目前無人機在公安院校的教學運用才剛起步，相關的教學模式、教學手段還在探索階段，但必將會對交通管理工程專業(yè)教學產(chǎn)生更深遠的影響，將大力促進交通管理工程專業(yè)課程資源、教學設計等方面的創(chuàng)新。

通過無人機與虛擬仿真平臺的聯(lián)合，可以構(gòu)建符合交通信息與控制發(fā)展潮流的“虛實結(jié)合”的實訓教學資源和實訓方法，建立培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和工程實訓能力的高素質(zhì)人才體系框架，將會推進交通管理工程類實訓教學的信息化建設以及實訓教學改革。

參考文獻：

[1]張帆.淺談無人機在警務實戰(zhàn)中的應用前景[J].學園，2017（17）.

[2]周敏.“無人機+交通”大勢所趨[J].中國公路，2017（23）：32-33.

[3]警校生聯(lián)盟.全國警校警用無人機培訓與應用聯(lián)盟在中國人民公安大學成立[EB/OL].http：//m.sohu.com/a/206271116_651603，2017-11-23.

[4]搜狐網(wǎng).教育部公布新一批本科專業(yè)名單[EB/OL].http：//www.sohu.com/a/305693029_243614，2019-04-03.

[5]張水潮，季彥婕等.交通組織設計[M].北京：人民交通出版社，2016.

[6]魏明，楊方廷，曹正清.交通仿真的發(fā)展及研究現(xiàn)狀[J].系統(tǒng)仿真學報，2003（8）：1179-1183.

[7]黎富忠.無人機航拍技術在三維建模上的應用[J].廣西水利水電，2016（4）：21-23.

[8]驅(qū)動中國.公安部重拳出擊！“蕭山無人機黑飛”終引來全面“絞殺”[EB/OL].https：//www.qudong.com/article/390351.shtml.

[9]虎嗅網(wǎng).成都雙流機場無人機黑飛干擾航班，躺槍的何止大疆[EB/OL].https：//www.huxiu.com/article/192273.html.

[10]新浪網(wǎng).長沙無人機在機場“黑飛”，導致機場停飛半小時[EB/OL].http：//k.sina.com.cn/article_6440107797 _17fdc3f1500100atyt.html.

（編輯：王天鵬）